(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属ガスを使用する実験に供されるアルカリ金属導入装置であって、
中空のチャンバーと、
上記チャンバーの内部を真空引きする真空形成部と、
上記チャンバーの内部において、封入容器に封入されたアルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる外部露出部と、
上記チャンバーの内部に配設され、上記封入容器の導入が可能な容器導入室と、
上記アルカリ金属が、変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、上記封入容器が上記容器導入室に導入される導入位置との間で上記封入容器を移動させる容器移動部と、を備えることを特徴とするアルカリ金属導入装置。
【請求項２】
上記容器移動部は、上記封入容器が導入される上記容器導入室の導入口を密閉する容器密閉部を有することを特徴とする請求項１に記載のアルカリ金属導入装置。
【請求項３】
上記容器導入室の内部を昇温することが可能な昇温機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ金属導入装置。
【請求項４】
上記容器導入室の内部を冷却することが可能な冷却機構を備えることを特徴とする請求項３に記載のアルカリ金属導入装置。
【請求項５】
上記昇温機構は、加熱ヒータを利用して上記容器導入室を昇温する機構であり、
上記冷却機構は、液体窒素を利用して上記容器導入室を冷却する機構であることを特徴とする請求項４に記載のアルカリ金属導入装置。
【請求項６】
アルカリ金属ガスを使用する実験に供されるアルカリ金属導入方法であって、
アルカリ金属を封入した封入容器が中空のチャンバーに配設された状態で、そのチャンバーを真空引きする真空ステップと、
上記真空ステップの後に、上記アルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる外部露出ステップと、
上記外部露出ステップの後に、上記アルカリ金属が、変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、上記チャンバーの内部に配設され、上記封入容器を導入可能な容器導入室に上記封入容器が導入される導入位置との間で上記封入容器を移動させる容器移動ステップと、を含むことを特徴とするアルカリ金属導入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザビリティーに優れたアルカリ金属導入装置、及びアルカリ金属導入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法(ＭＡＬＤＩ法)やエレクトロスプレーイオン化法(ＥＳＩ法)などのソフトイオン化法の開発が進展しており、タンパク質やペプチドなどの生体高分子の分析に質量分析が用いられるようになってきた。
【０００３】
現在、これらの生体高分子の構造解析には、タンデム質量分析法(ＭＳ／ＭＳ法：mass spectrometer／mass spectrometer法)が広く利用されている。タンデム質量分析法では、一般的に２台の質量分析装置を接続し、１台目の質量分析装置は、所定の質量電荷比（m/z）を有するイオンを選択し、次に、衝突室内で、その選択されたイオンをターゲットガスと衝突させて解離(CID:Collision-induced dissociation)させる。そして、２台目の質量分析装置は、生成したフラグメントイオンを質量分析し、アミノ酸配列などの構造情報を取得する。
【０００４】
ここで、ターゲットガスは、一般的に希ガスが用いられる。なお、数少ないケースであるものの、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスが使用されることもあり、その例が、例えば非特許文献１〜３に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大阪府立大学大学院理学系研究科物質科学専攻物質設計分野  ２００５年度修士論文  北口明宏氏「励起中性脂肪酸エステルの解離および多価イオンの電子移動解離」
【非特許文献２】長尾博文, et al., J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., 57 (2009) 123-132.
【非特許文献３】S. Hayakawa, et al., Rapid Commun. Mass Spectrom., 22 (2008) 567-572.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを用いた場合、図１１を参照して説明する以下の問題が生じる。
【０００７】
図１１は、リン酸化ペプチド（アミノ酸配列：YGGMHRQETpVDC，p はリン酸基）の構造解析結果を示すグラフであり、図１１（ａ）は、ターゲットガスとして希ガスを用いたときの構造解析結果を、図１１（ｂ）は、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを用いたときの構造解析結果を示す。なお、両図ともに、横軸は質量電荷比（m/z）を、縦軸はピーク強度（arbitrary unit：任意単位、以下「ａ．u．」と略す。）を示す。
【０００８】
図示するとおり、図１１（ａ）では、おもに７５０（m/z）のみにおいて図中[Ｍ＋２Ｈ]２＋で示される、解離せずに残ったプリカーサーイオンのピークが観測される。これに対して、図１１（ｂ）では、７５０（m/z）以外の質量電荷比においても多数のフラグメントイオンのピークが観測される。つまり、アルカリ金属ガスをターゲットガスとすることにより、数多くのフラグメントイオンのピークを生成させることができる。そして、これらのフラグメントイオンは、互いのピーク間隔から、アミノ酸配列や修飾基の種類、位置を特定させる重要な情報源となるものである。従って、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを使用することにより、希ガスを使用したときには得ることができない種々の構造情報を取得でき、構造解析の精度を格段に向上させることができる。すなわち、構造解析を行う際のターゲットガスとして、アルカリ金属ガスは希ガスに対して優位性を有し、このことは、非特許文献２、３にも記載されている。
【０００９】
このように、構造解析を行ううえで、アルカリ金属ガスは希ガスに対して優位性を有する。それにも係らず、ターゲットガスとして一般的に希ガスが用いられるには理由がある。そのことを図１２により説明する。図１２は、ターゲットとしてアルカリ金属ガスを用いたＭＳ／ＭＳ法における、従来のアルカリ金属導入装置１００を説明するための概略図である。
【００１０】
従来のアルカリ金属導入装置１００は、アルカリ金属１１２が導入されるリザーバー１０２と、アルカリ金属ガスが流れるパス１０４と、真空チャンバー１０６と、パス１０４に配設された、アルカリ金属ガスを加熱するヒーター１０８と、図示しない真空ポンプ１１０と、を備える。なお、これらの詳細は非特許文献３に開示されているため、ここでの詳細説明は省略する。
【００１１】
アルカリ金属ガスを真空容器内で扱うアルカリ金属導入装置１００では、アルカリ金属１１２を安全にリザーバー１０２内に導入し、そのアルカリ金属１１２をヒーター１０８で加熱することにより、アルカリ金属ガスとして気化させ、その気化ガスを真空チャンバー１０６に導入する必要があった。そのためには、まず、アルカリ金属１１２を封入したアンプルを窒素雰囲気下および乾燥条件下で破砕する必要がある。そして、真空チャンバー１０６における真空状態を解除して、その破砕したアンプルからアルカリ金属１１２を素早くリザーバー１０２内に導入し、そのうえで、真空チャンバー１０６を真空ポンプ１１０により真空引きするという手順を取っていた。
【００１２】
しかしながら、従来のアルカリ金属導入装置１００は、窒素雰囲気下でアンプルを破砕する工程をアルカリ金属導入装置１００の系外で行っていた。
【００１３】
より具体的に説明すると、まずアルカリ金属導入装置１００全体を透明ビニール袋で覆い、その中の空気を窒素ガスで置換する。次に、アルカリ金属１１２を封入したアンプルの端部を破砕し、アルカリ金属をアンプルの外部に露出させる。そして、アンプルごと、アルカリ金属１１２をリザーバー１０２に導入する。
【００１４】
このため、窒素雰囲気下で破砕したアンプルをリザーバー１０２内に導入するときに、アルカリ金属１１２が空気中に残存する水分と反応してしまい、アルカリ金属１１２が発火するなどの危険が生じていた。また、発火以外にも、アルカリ金属１１２が作業者の手に付着した場合には火傷を引き起こす、アルカリ金属１１２が床にこぼれた場合には、アルカリ金属であるがゆえに水をかけて清掃することができない、といった数多くの問題があった。
【００１５】
このように、アルカリ金属の取り扱いの困難性ゆえに、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスの優位性が認められつつも、希ガスが用いられている。
【００１６】
本願発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、ユーザビリティーに優れたアルカリ金属導入装置、及びアルカリ金属導入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係るアルカリ金属導入装置は、上記の課題を解決するために、
アルカリ金属ガスを使用する実験に供されるアルカリ金属導入装置であって、
中空のチャンバーと、
上記チャンバーの内部を真空引きする真空形成部と、
上記チャンバーの内部において、封入容器に封入されたアルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる外部露出部と、
上記チャンバーの内部に配設され、上記封入容器の導入が可能な容器導入室と、
上記アルカリ金属が、変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、上記封入容器が上記容器導入室に導入される導入位置との間で上記封入容器を移動させる容器移動部と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係るアルカリ金属導入方法は、上記の課題を解決するために、
アルカリ金属ガスを使用する実験に供されるアルカリ金属導入方法であって、
アルカリ金属を封入した封入容器が中空のチャンバーに配設された状態で、そのチャンバーを真空引きする真空ステップと、
上記真空ステップの後に、上記アルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる外部露出ステップと、
上記外部露出ステップの後に、上記アルカリ金属が、変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、上記チャンバーの内部に配設され、上記封入容器を導入可能な容器導入室に上記封入容器が導入される導入位置との間で上記封入容器を移動させる容器移動ステップと、を含むことを特徴としている。
【００１９】
従来のアルカリ金属ガスを使用する実験において、例えばタンデム質量分析法では、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを使用する方が、希ガスを使用するよりも構造解析の精度を格段に向上させることが知られている。それにも係らず、ターゲットガスとしては希ガスの方が一般的である。これは、アルカリ金属の取り扱いの困難性に起因するものであり、アルカリ金属と空気中の水分との反応によって生じる発火や手に付着したときの火傷などが、ターゲットガスとしてのアルカリ金属の使用または普及を阻害してきた。
【００２０】
この点、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）では、真空形成部（真空形成ステップ）が、中空のチャンバーの内部を真空引きする。そして、外部露出部（外部露出ステップ）が、チャンバーの内部において、封入容器に封入されたアルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる。さらに、容器移動部（容器移動ステップ）が、アルカリ金属が変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、チャンバーの内部に配設され、封入容器を導入可能な容器導入室に封入容器が導入される導入位置との間で封入容器を移動させる。従って、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）は、アルカリ金属を封入容器の外部に露出させた状態で、その封入容器を容器導入室に導入することができる。
【００２１】
つまり、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）では、外部露出部（外部露出ステップ）が、チャンバーの内部において、封入容器に封入されたアルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる。このとき、中空のチャンバーの内部を真空形成部（真空形成ステップ）によって真空引きしておくことにより、チャンバー内部の水分をチャンバーの外部に排出しておくことができる。これにより、アルカリ金属とチャンバー内部の水分とが反応することによって生ずる発火を回避することができる。
【００２２】
さらに、封入容器に封入されたアルカリ金属は、チャンバーの内部において、外部露出部（外部露出ステップ）によってその封入容器が変形されることにより外部に露出される。このため、作業者の手などにアルカリ金属が付着し、その作業者に火傷を負わすリスクも排除することができる。
【００２３】
従って、取り扱いの困難性ゆえに敬遠されてきたアルカリ金属を安全に容器導入室に導入することができるため、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）を、タンデム質量分析法等のアルカリ金属ガスを使用する実験に供するという選択肢を作業者に与えることができる。そして、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）をタンデム質量分析法に供した場合には、希ガスに対するアルカリ金属ガスの構造解析上の優位性を最大限に享受することができる。
【００２４】
加えて、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）では、アルカリ金属を封入した封入容器が容器導入室に直接導入される。そのため、容器導入室を、タンデム質量分析法における選択イオンとターゲットガスとが衝突する衝突室（以下、「コリジョンセル」と称する場合もある。）として使用した場合には、アルカリ金属は衝突室の内部に直接導入されることになる。このことは、図１２を参照して説明したパスが不要となることを意味する。
【００２５】
つまり、従来用いられているアルカリ金属導入系では、アルカリ金属を一旦リザーバーに導入し、そこで気化されたアルカリ金属ガスが、パスを介して真空チャンバー内の衝突室に導かれていた。これに対して、本発明に係るアルカリ金属導入装置（アルカリ金属導入方法）では、上記構成とすることにより、そのパスを省略することができ、装置の簡略化、コストダウンという効果を併せて奏することができる。さらに、パスを省略することにより、複雑な温度制御や、アルカリ金属ガスを衝突室に導くまでの間のアルカリのロスを無くすという利点も享受することができる。
【００２６】
さらに、本発明に係るアルカリ金属導入装置では、
上記容器移動部は、上記封入容器が導入される上記容器導入室の導入口を密閉する容器密閉部を有することが好ましい。
【００２７】
上記構成とすることにより、本発明に係るアルカリ金属導入装置では、容器導入室の導入口は、上記容器密閉部によって密閉される。従って、上記容器導入室に上記封入容器が導入された後に、当該容器導入室で何らかの処理が行われたとしても、その処理による結果物が容器導入室の外部に漏洩する事態は避けられ、さらに安全性の高い装置が作業者に提供される。
【００２８】
さらに、本発明に係るアルカリ金属導入装置では、
上記容器導入室の内部を昇温することが可能な昇温機構を備えることが好ましい。
【００２９】
容器導入室には、アルカリ金属を封入した封入容器が導入される。そのアルカリ金属は、上記外部露出部によって封入容器の外部に露出している。
【００３０】
従って、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、上記容器導入室の内部を昇温することが可能な昇温機構を備えることにより、封入容器の外部に露出したアルカリ金属を気化させることができる。
【００３１】
それゆえ、アルカリ金属ガスを使用する実験において、例えばタンデム質量分析法では、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを使用することができ、希ガスを使用するよりも構造解析の精度を格段に向上させることができる。
【００３２】
さらに、上記構成を備えることにより、次のような効果も奏することもできる。
【００３３】
従来のアルカリ金属導入系では、衝突室に配設された加熱ヒータに加え、さらにパスに配設された加熱ヒータをも用いてアルカリ金属ガスの温度調整（ガス密度の調節）を行っていた。そのため、アルカリ金属をリザーバー内に安全に導入できたとしても、アルカリ金属ガスの密度を高い応答性で、しかも正確に調整することはできなかった。その結果、目標とするアルカリ金属ガスの密度になるまでに数時間を要するという事態、あるいは、調整を誤ってアルカリ金属ガスの密度が一気に高くなった場合には、アルカリ金属を大量に無駄にするという事態が頻繁に発生していた。
【００３４】
これに対して、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、上述したように従来のアルカリ金属導入系に必要であったパスが不要となり、アルカリ金属を容器導入室に直接導入することができる。そして、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、容器導入室の内部を昇温することが可能な昇温機構を備える。
【００３５】
そのため、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、容器導入室内でのアルカリ金属ガスのガス圧を、上記昇温機構のみによって制御することができるため、格段に高い応答性で制御することができる。そして、その結果、調整を誤ってアルカリ金属を大量に無駄にするという事態も避けることができる。
【００３６】
さらに、本発明に係るアルカリ金属導入装置では、
上記容器導入室の内部を冷却することが可能な冷却機構を備えることが好ましい。
【００３７】
従来のアルカリ金属導入系では、パスおよび衝突室に設けられた加熱ヒータは存在していたものの、昇温したガスを冷却する機構は存在していなかった。
【００３８】
従って、調整を誤ってアルカリ金属ガスの密度が一気に高くなる事態に対して、何ら対策を講じることができず、アルカリ金属ガスが自然に冷却していくのを待つしかなかった。そして、そのことがアルカリ金属の無駄な消費につながっていた。
【００３９】
これに対して、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、上記容器導入室の内部を冷却することが可能な冷却機構を備える。
【００４０】
従って、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、アルカリ金属ガスが目標温度を超えた場合には、冷却機構によってアルカリ金属ガスを迅速に冷却することができる。つまり、さらに高い応答性でアルカリ金属ガスのガス圧を制御することができ、その結果、アルカリ金属の無駄な消費を抑えることができるという効果を奏する。
【００４１】
さらに、本発明に係るアルカリ金属導入装置では、
上記昇温機構は、加熱ヒータを利用して上記容器導入室を昇温する機構であり、
上記冷却機構は、液体窒素を利用して上記容器導入室を冷却する機構であることが好ましい。
【００４２】
加熱ヒータおよび液体窒素を用いた温度制御は、プラント等で使用されている技術であり、目標設定温度から±０．５度以内の範囲での高速制御が可能である。
【００４３】
そこで、その技術を本分野に適用することにより、容器導入室内でのアルカリ金属ガスのガス圧を高速制御することができる。つまり、加熱ヒータを利用した加熱機構および液体窒素を利用した冷却機構を利用することにより、目標設定温度から±０．５度以内の範囲での高速制御が可能となり、いわば「熱による高速スイッチ」を実現することができる。そして、その「高速スイッチ」のスイッチング動作により、ガス量を緻密に制御でき、アルカリ金属をパルス的に消費するといった態様も実現される。
【００４４】
このように、本発明に係るアルカリ金属導入装置は、上記構成を備えることにより、アルカリ金属の消費量を最適に制御することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係るアルカリ金属導入装置は、以上のように、中空のチャンバーと、上記チャンバーの内部を真空引きする真空形成部と、上記チャンバーの内部において、封入容器に封入されたアルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる外部露出部と、
上記チャンバーの内部に配設され、上記封入容器の導入が可能な容器導入室と、上記アルカリ金属が、変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、上記封入容器が上記容器導入室に導入される導入位置との間で上記封入容器を移動させる容器移動部と、を備える構成である。
【００４６】
また、本発明に係るアルカリ金属導入方法は、以上のように、アルカリ金属を封入した封入容器が中空のチャンバーに配設された状態で、そのチャンバーを真空引きする真空ステップと、上記真空ステップの後に、上記アルカリ金属を、その封入容器を変形させて外部に露出させる外部露出ステップと、上記外部露出ステップの後に、上記アルカリ金属が、変形された上記封入容器の外部に露出する露出位置と、上記チャンバーの内部に配設され、上記封入容器を導入可能な容器導入室に上記封入容器が導入される導入位置との間で上記封入容器を移動させる容器移動ステップと、を含む構成である。
【００４７】
それゆえ、ユーザビリティーに優れたアルカリ金属導入装置、及びアルカリ金属導入方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るアルカリ金属導入装置の概略図である。
【図２】タンデム質量分析法の概略フローを説明するための図である。
【図３】アンプルの写真である。
【図４】アンプル破砕部として採用しうる種々の構成を示す図であり、（ａ）は、アンプル上部にＹ字型の楔（くさび）を引っ掛けて、その楔を回転する方法を、（ｂ）は、アンプル上部を鋭利なもので勢いよく突く（貫通させる）方法を、（ｃ）は、アンプル上部を螺子などで締め上げる方法を、（ｄ）は、アンプル上部を上左右から圧力を加えて粉砕する方法を、（ｅ）は、アンプル上部を何らかの物体で勢いよく突く方法を、（ｆ）は、アンプル上部を刃物のようなもので傷付け破砕する方法を、それぞれ示す。
【図５】アンプルホルダーとコリジョンセルとの係合方法を説明するための図である。
【図６】ストッパー、および保護用キャップを説明するための概略図である。
【図７】ストッパーの一実施例を説明するための図である。
【図８】アルカリ金属導入方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】アルカリ金属ガスをターゲットガスとしたときのアンジオテンシンＩＩの構造解析結果を示すグラフである。
【図１０】加熱ヒータをＯＮ／ＯＦＦしたときの、プリカーサーイオンの強度変化を示すグラフである。
【図１１】リン酸化ペプチドの構造解析結果を示すグラフであり、（ａ）は、ターゲットガスとして希ガスを用いたときの構造解析結果を、（ｂ）は、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを用いたときの構造解析結果を示す。
【図１２】ターゲットとしてアルカリ金属ガスを用いたＭＳ／ＭＳ法における、従来のアルカリ金属導入装置を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るアルカリ金属導入装置１、及びアルカリ金属導入方法について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。従って、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００５０】
以下、アルカリ金属導入装置１について説明する。なお、説明の流れを考慮して、アルカリ金属導入装置１の適用例を図２にて説明し、次に、図１によりアルカリ金属導入装置１の概略構成を説明する。
【００５１】
〔アルカリ金属導入装置１の適用例〕
以下、アルカリ金属導入装置１をタンデム質量分析法（ＭＳ／ＭＳ法）に適用したケースを図２により説明する。図２は、タンデム質量分析法の概略フローを説明するための図である。
【００５２】
図示するように、タンデム質量分析法では、一般的に２台の質量分析装置を衝突室（以下、「コリジョンセル」と称する場合もある。）を介して接続する。１台目（ＭＳ−１）の質量分析装置は、所定の質量電荷比（m/z）を有するイオンを選択し、次に、その選択されたイオンを、コリジョンセルでターゲットガスと衝突させて解離させる。そして、２台目の質量分析装置（ＭＳ−２）は、生成したフラグメントイオンを質量分析し、アミノ酸配列などの構造情報を取得する。
【００５３】
このように構成されたタンデム質量分析法において、アルカリ金属導入装置１は、ターゲットガスとなるアルカリ金属をコリジョンセルに導入するために用いられる。つまり、アルカリ金属導入装置１によってアルカリ金属がコリジョンセルに導入され、そのアルカリ金属は、加熱されることにより気化する。その気化したアルカリ金属ガスが、コリジョンセルにおいてターゲットガスとして用いられる。
【００５４】
以上、タンデム質量分析法の概略フローを説明した。ここで、アルカリ金属導入装置１は、他の用途にも適用することができ、例えば粒子衝突の実験等に適用される。その一例としては、２次イオン質量分析装置等の表面分析装置、光電子増倍装置、ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor ：国際熱核融合実験炉）における二重荷電交換反応などが挙げられる。各々を端的に説明すると以下の通りである。
【００５５】
表面分析装置とは、例えば１次イオン、中性粒子、レーザ光等のビームを試料表面に照射することにより試料表面から２次イオン、中性粒子等のエネルギー粒子を放出させ、この放出された粒子のエネルギー、質量等を測定するものである。アルカリ金属導入装置１は、上記試料表面に照射するアルカリ金属イオンの発生源として使用される。
【００５６】
光電子増倍装置は、単一現象では効率の低い光検出器に対して、入射光を光電変換面との間で多重反射させることで、見かけ上の光検出効率を向上させることができるものである。アルカリ金属導入装置１は、ガラス面に蒸着成長または塗布されるアルカリ金属（光電変換面材料）の供給源として使用される。
【００５７】
ＩＴＥＲにおける二重荷電交換反応とは、次のようなものである。すなわち、Ｄ−Ｔ核融合反応により生成されるアルファ粒子の計測法の１つとして、ビーム中性化法が提案されている。このビーム中性化法では、核融合炉内に磁場によって閉じ込められたプラズマにＨｅ０ビームを入射し、Ｈｅ０とアルファ粒子との二重荷電交換反応でアルファ粒子を中性化し、閉じ込め磁場から取り出して計測することで、アルファ粒子の空間・速度分布を計測する。Ｈｅ０ビームの生成は、Ｈｅ−ビームの自発脱離により行い、Ｈｅ−ビームの生成はＨｅ−イオン源から引き出されたＨｅ−ビームをアルカリ金属ガスセルに通してアルカリ金属ガスとの二重荷電交換反応により行う。つまり、アルカリ金属導入装置１は、上記アルカリ金属ガスの供給源として使用される。
【００５８】
このように、アルカリ金属導入装置１は、種々の用途に適用可能である。
【００５９】
次に、そのアルカリ金属導入装置１の具体的な構成等を説明する。なお、以下では、アルカリ金属導入装置１がタンデム質量分析法に適用されるものとして説明する。
【００６０】
〔アルカリ金属導入装置１の概略構成〕
次に、アルカリ金属導入装置１の概略構成を図１により説明する。図１は、アルカリ金属導入装置１の概略図である。
【００６１】
アルカリ金属導入装置１は、タンデム質量分析法の一部に組み込まれており、コリジョンセル４０の内部にアルカリ金属を導入するときに用いられる。
【００６２】
そのアルカリ金属導入装置１は、破砕専用チャンバー（チャンバー）１０と、アンプル導入部（容器移動部）１２と、アンプル破砕部（外部露出部）１８と、真空チャンバー（チャンバー）２０と、ゲートバルブ３０と、コリジョンセル（容器導入室）４０と、温度制御機構５０と、真空ポンプ（真空形成部）６０ａ・６０ｂと、位置調節装置７０と、を備える。
【００６３】
ここで、破砕専用チャンバー１０、ゲートバルブ３０、及び真空チャンバー２０は、鉛直方向の下側からその順に配置されている。ただし、破砕専用チャンバー１０、ゲートバルブ３０、及び真空チャンバー２０は、水平方向、あるいは、水平方向に対して斜角をもって配置された構成で実現されてもよい。
【００６４】
破砕専用チャンバー１０は、内部が中空に形成されている。その破砕専用チャンバー１０には、少なくとも、アンプル導入部１２及びアンプル破砕部１８が設けられている。
【００６５】
アンプル導入部１２は、アンプル（封入容器）１６に封入されたアルカリ金属が、アンプル破砕部１８によってアンプル１６が変形されることにより外部に露出される露出位置と、アンプル１６がコリジョンセル４０に導入される導入位置との間でアンプル１６を移動させるものである。そのため、アンプル導入部１２は、アンプル１６をコリジョンセル４０に導入する方向（図中のＡ方向）、および、コリジョンセル４０からアンプル１６を離す方向（図中のＢ方向）に可動に設けられている。そのアンプル導入部１２は、導入軸１３と、アンプルホルダー１４とを備える。
【００６６】
なお、アンプル導入部１２は、後述するアンプルホルダー１４にアンプル１６を差し込むときに破砕専用チャンバー１０から取り出される必要があるため、破砕専用チャンバー１０と着脱可能に設けられる。
【００６７】
ここで、上記のアンプル１６について、図３を用いて説明する。図３は、アンプル１６の写真である。
【００６８】
アンプル１６は、市販されているものであってよく、その内部にはアルカリ金属が封入されている。図示するように、アンプル１６は、略円筒形のアンプル下部１６ａと、その上部に設けられたアンプル上部１６ｂとからなる。そして、アンプル１６は、アンプル上部１６ｂに外力を付加すると、アンプル下部１６ａとアンプル上部１６ｂとの境界部１６ｃにおいて折れやすく形成されている。これにより、アンプル１６の内部に封入されたアルカリ金属を外気に露出させることができる。
【００６９】
なお、アンプル１６に封入されるアルカリ金属は、その種類は特に限定されず、リチウム、ナトリウム、セシウム、フンランシウム等の何れの種類であってもよい。
【００７０】
導入軸１３は、棒状に形成されており、その先端部にアンプルホルダー１４が着脱可能に係止されている。ここで、アンプル１６の端部が破砕される位置、つまり、アンプル１６に封入されたアルカリ金属がアンプル破砕部１８によってアンプル１６が変形されることにより外部に露出される位置を露出位置とする。また、アンプル１６がコリジョンセル４０に導入される位置を導入位置とする。このとき、棒状に形成された導入軸１３は、少なくとも露出位置から導入位置までの距離以上の長さを有することになる。
【００７１】
また、図１では、導入軸１３は、破砕専用チャンバー１０、ゲートバルブ３０、真空チャンバー２０が接続された方向（図１中のＡＢ方向）に平行に、破砕専用チャンバー１０に設けられている。しかしながら、アンプル１６に封入されたアルカリ金属がアンプル１６の外部に露出する露出位置と、アンプル１６がコリジョンセル４０に導入される導入位置との間でアンプル１６が移動するのであれば、導入軸１３（及び、アンプル導入部１２）は、どのような形状、構成で実現されてもよい。
【００７２】
アンプルホルダー１４は、アルカリ金属を封入したアンプル１６を保持するものであり、導入軸１３の先端部に設けられている。
【００７３】
ここで、アンプルホルダー１４がアンプル１６を保持する方法は特に限定されない。ただし、アンプルホルダー１４は、アンプル１６を保持しつつ、コリジョンセル４０に係合される。そして、そのコリジョンセル４０は、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を気化するために加熱される。そのため、アンプルホルダー１４及びコリジョンセル４０は、係合部が十分に密閉され、コリジョンセル４０内部の気密性を確保する必要がある。
【００７４】
そこで、アンプルホルダー１４及びコリジョンセル４０の互いの係合部は、例えば、アンプルホルダー１４は雄螺子、コリジョンセル４０は雌螺子に形成されている。その場合、導入軸１３を回転させることにより、アンプルホルダー１４をコリジョンセル４０に螺合させ、アンプルホルダー１４及びコリジョンセル４０が互いに係合されたときに、係合部が十分に係合されている状況を作り出すことができる。
【００７５】
次に、アンプル導入部１２及びコリジョンセル４０の位置関係について説明する。なお、ゲートバルブ３０は「開」の状態に保持されているものとする。
【００７６】
上述したように、アンプル導入部１２は、アンプル１６をコリジョンセル４０に導入するものである。従って、アンプル導入部１２をＡ方向に移動させることにより、コリジョンセル４０に形成された開口部（不図示）にアンプルホルダー１４が係合（螺合）する。それゆえ、コリジョンセル４０の上記開口部は、導入軸１３の軸線上に位置するように位置決めされている。
【００７７】
なお、装置の振動等により位置ずれが生ずる場合もある。そのような場合には、アルカリ金属導入装置１の内部または外部に設けられた位置調節装置７０が、コリジョンセル４０の位置を調節する。これにより、上記位置ずれは調節される。そのような位置調節装置としては、公知の位置調節装置を使用することができるため、ここでの詳細説明は省略する。
【００７８】
次に、アンプル破砕部１８について説明する。
【００７９】
アンプル破砕部１８は、破砕専用チャンバー１０の内部において、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を、アンプル１６を変形させて、アンプル１６の外部に露出させるためのものであり、アンプル１６が破砕専用チャンバー１０の内部に配設された状態で、アンプル１６を破砕する。これにより、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を、アンプル１６を変形させることによりアンプル１６の外部に露出させる。そのアンプル破砕部１８は、破砕専用チャンバー１０と一体に形成された構成、あるいは、破砕専用チャンバー１０と着脱可能な構成で実現される。
【００８０】
ここで、アンプル破砕部１８として採用しうる種々の構成を図４により説明する。
【００８１】
同図（ａ）は、アンプル上部１６ｂにＹ字型の楔（くさび）を引っ掛けて、その楔を回転する方法を示す。
【００８２】
同図（ｂ）は、アンプル上部１６ｂを鋭利なもので勢いよく突く（貫通させる）方法を示す。
【００８３】
同図（ｃ）は、アンプル上部１６ｂを螺子などで締め上げる方法を示す。
【００８４】
同図（ｄ）は、アンプル上部１６ｂを上左右から圧力を加えて粉砕する方法を示す。
【００８５】
同図（ｅ）は、アンプル上部１６ｂを何らかの物体で勢いよく突く方法を示す。
【００８６】
同図（ｆ）は、アンプル上部１６ｂを刃物のようなもので傷付け破砕する方法を示す。
【００８７】
このように、アンプル破砕部１８は、種々の方法で実現することができ、アルカリ金属導入装置１は、何れの方法も採用することができる。なお、アンプル破砕部１８は、同図に開示された以外の方法で実現することも当然に可能である。
【００８８】
真空チャンバー２０は、内部が中空に形成されている。その真空チャンバー２０の内部には、コリジョンセル４０が配設されている。
【００８９】
ゲートバルブ３０は、下面が破砕専用チャンバー１０と連結し、上面が真空チャンバー２０と連結している。すなわち、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０は、ゲートバルブ３０を介して連結している。そして、ゲートバルブ３０は、「開」のときに破砕専用チャンバー１０と真空チャンバー２０とを連通し、「閉」とすることにより、その連通を遮断する。
【００９０】
コリジョンセル４０は、真空チャンバー２０の内部に配設されている。そして、コリジョンセル４０は開口部（不図示）を有し、アンプル導入部１２をＡ方向に移動させ、導入軸１３を回転させることにより、その開口部とアンプルホルダー１４が係合（螺合）するように位置決めされている。つまり、コリジョンセル４０の上記開口部は、導入軸１３の軸線上に位置するように位置決めされている。
【００９１】
そのコリジョンセル４０の目的は、いわゆる一般的なコリジョンセルと同一であるため、ここでの詳細説明は省略する。
【００９２】
温度制御機構５０は、液体窒素容器５２と、冷却ライン（冷却機構）５４と、加熱ライン（昇温機構）５６とを備える。
【００９３】
液体窒素容器５２は、その内部に液体窒素が貯蔵されるとともに、液体窒素の温度が上昇しないように十分な保温が施されている。
【００９４】
冷却ライン５４は、液体窒素容器５２とコリジョンセル４０との間に設けられた配管ラインである。液体窒素は、図示しないポンプにより、液体窒素容器５２からコリジョンセル４０に通液され、コリジョンセル４０の内部温度を冷却し、その後、液体窒素容器５２に返液される。
【００９５】
加熱ライン５６は、コリジョンセル４０に設けられた加熱ヒータ用の電気ケーブルであり、その加熱ヒータは、コリジョンセル４０の内部温度を昇温するために用いられる。
【００９６】
加熱ヒータおよび液体窒素を用いた温度制御は、本分野に適用された例はないものの、プラント等で使用されている技術であり、コリジョンセル４０の内部温度を目標温度の±０．５度の範囲内で温度制御が可能である。なお、その詳細は、その温度制御が公知技術であるため説明を省略する。
【００９７】
ここで、上記では、冷却ライン５４には液体窒素が通液されるものとして説明した。しかしながら、冷却ライン５４は、液体窒素ではなく、例えば液体へリムやドライアイス等を使用する構成で実現されてもよい。
【００９８】
真空ポンプ６０ａは、破砕専用チャンバー１０の内部を真空引きするためのものであり、真空ポンプ６０ｂは、真空チャンバー２０の内部を真空引きするためのものである。
【００９９】
なお、ここでは、真空ポンプ６０ａおよび真空ポンプ６０ｂの２台の真空ポンプがあるものとして説明している。しかしながら、真空ポンプ６０ａおよび真空ポンプ６０ｂは、１台の真空ポンプを共用とする構成で実現されてもよい。
【０１００】
また、一般的に、中空容器の真空引きには、真空ポンプに加え、専用配管、バルブ、真空バッファタンクなどが使用される。しかしながら、中空容器の真空引きは、公知の技術であるため、その詳細説明は省略する。
【０１０１】
ここで、破砕専用チャンバー１０は、真空ポンプ６０ａによって内部を真空引きされるため、図１には不図示であるものの、真空ポンプ６０ａに接続する配管が接続されている。同様に、真空チャンバー２０は、真空ポンプ６０ｂによって内部を真空引きされるため、図１には不図示であるものの、真空ポンプ６０ｂに接続する配管が接続されている。
【０１０２】
位置調節装置７０は、アルカリ金属導入装置１の内部または外部に設けられ、真空チャンバー２０の内部に配設されたコリジョンセル４０が振動等により位置ずれした場合に、その位置を元の位置に調節するためのものである。
【０１０３】
以上、アルカリ金属導入装置１の概略構成を説明した。ここで、アルカリ金属導入装置１の各部の材質は、アルカリ金属を扱う装置ゆえにステンレス鋼を使用することが好ましい。しかしながら、使用される材質は、ステンレス鋼以外の材質であってもよい。
【０１０４】
また、上記では、アルカリ金属導入装置１は、破砕専用チャンバー１０と、真空チャンバー２０と、ゲートバルブ３０とを備え、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０は、ゲートバルブ３０を介して連結しているものとして説明した。
【０１０５】
しかしながら、アルカリ金属導入装置１は、ゲートバルブ３０を有していない構成、すなわち、破砕専用チャンバー１０と真空チャンバー２０とが一体化された構成で実現されていてもよい。
【０１０６】
〔アンプルホルダー１４とコリジョンセル４０との係合方法について〕
次に、アンプルホルダー１４とコリジョンセル４０との係合方法について、図５を用いて説明する。図５は、アンプルホルダー１４とコリジョンセル４０との係合方法を説明するための図である。なお、図１を参照して行った説明と同じ内容については、その説明を省略する。
【０１０７】
上述したように、アンプルホルダー１４は、アンプル１６を保持しつつ、コリジョンセル４０に係合（密嵌）される。そして、そのコリジョンセル４０は、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を気化するために加熱される。従って、アンプルホルダー１４及びコリジョンセル４０は、その係合部が十分に係合され、コリジョンセル４０の気密性を確保する必要がある。
【０１０８】
そこで、アンプルホルダー１４及びコリジョンセル４０の互いの係合部は、例えば、アンプルホルダー１４は雄螺子、コリジョンセル４０は雌螺子に形成されていることが好ましい。図５はその様子を示す。
【０１０９】
上記構成により、アンプルホルダー１４とコリジョンセル４０とが螺合し、アンプルホルダー１４及びコリジョンセル４０は、その係合部が十分に係合されている状況を作り出すことができる。それゆえ、温度制御機構５０がコリジョンセル４０の内部の温度調節をする際に、コリジョンセル４０の内部に外気が流入して、あるいはコリジョンセル４０の内部の空気が流出して、温度調節が困難になるという事態は防止される。
【０１１０】
〔その他の構成について（ストッパー８０ａ・８０ｂ、保護用キャップ８２）〕
次に、アルカリ金属導入装置１のその他の構成であるストッパー８０ａ・８０ｂ、および保護用キャップ８２について、図６、図７を用いて説明する。図６は、ストッパー８０ａ・８０ｂ、および保護用キャップ８２を説明するための概略図である。なお、図１を参照して行った説明と同じ内容については、その説明を省略する。
【０１１１】
上述したように、アンプル１６は、破砕専用チャンバー１０において、アンプル破砕部１８によって破砕される。このとき、後述するように、破砕専用チャンバー１０は真空ポンプ６０ａによって真空引きされる。そのため、真空に対する手段を講じなければ、アンプル導入部１２、及びアンプル破砕部１８は吸引される場合もあり、最悪の場合には破損等の原因となる。
【０１１２】
そこで、その対策として、アンプル導入部１２及びアンプル破砕部１８と破砕専用チャンバー１０との当接部あるいはその近辺に、ストッパー８０ａ・８０ｂを設けることが好ましい。そのストッパー８０ａ・８０ｂは、公知のいかなる技術によって実現されるものであってよい。
【０１１３】
図７は、ストッパー８０ａ・８０ｂの一実施例を説明するための図である。図示するように、導入軸１３にはストッパー８０ａが、アンプル破砕部１８のシャフト部にはストッパー８０ｂがそれぞれ設けられている。このとき、ストッパー８０ａ・８０ｂは、ハンドルタイプが使用されており、ハンドルを回すことにより、導入軸１３やアンプル破砕部１８のシャフト部を固定し、動作しないようにする。
【０１１４】
次に、図６により保護用キャップ８０について説明する。上述したように、アンプル１６は、破砕専用チャンバー１０において、アンプル破砕部１８によって破砕される。このとき、アンプル１６の破片が落下することにより、破砕専用チャンバー１０とアンプル導入部１２との接合部に使用されるＯリングを傷付ける虞がある。そこで、そのＯリングの上部に覆い被さる位置に、Ｏリングをカバーするための保護用キャップ８２が設けられる。
【０１１５】
これにより、アンプル１６の破片は保護用キャップ８２上に落下するものの、Ｏリング上への落下は防止され、Ｏリングを保護することができる。そのような保護用キャップ８２としては、公知のいかなる技術により実現されてよい。
【０１１６】
〔アルカリ金属導入方法のフロー（動作）説明〕
次に、本発明に係るアルカリ金属導入方法を図８により説明する。図８は、アルカリ金属導入方法を説明するためのフローチャートである。
【０１１７】
まず、Ｓ１０では、アンプルホルダー１４にアンプル１６が差し込まれる。このとき、アンプル導入部１２は、破砕専用チャンバー１０から完全に引き抜かれた状態であり、所望のアルカリ金属が封入されたアンプル１６が作業者によってアンプルホルダー１４に差し込まれる。
【０１１８】
次に、Ｓ２０では、アンプル１６を保持したアンプル導入部１２が破砕専用チャンバー１０に挿入される。このとき、アンプル１６は後ほどアンプル破砕部によって破砕されるため、作業者は、破砕専用チャンバー１０に設けられた透明窓から覗き込み、破砕される所定の位置（露出位置）までアンプル１６を挿入する。
【０１１９】
なお、破砕専用チャンバー１０に透明窓がない場合であっても、導入軸１３にマークを付けておき、そのマークの位置までアンプル導入部１２を破砕専用チャンバー１０に挿入することにより、アンプル１６が露出位置に位置決めされるようにすることもできる。
【０１２０】
続いて、Ｓ３０では、ゲートバルブ３０を「閉」とする。これにより、破砕専用チャンバー１０と真空チャンバー２０との間の連通が遮断される。なお、破砕専用チャンバー１０と真空チャンバー２０とが一体化された構成で実現されている場合には、ゲートバルブ３０が存在しないため、その場合はこのステップは省略される。
【０１２１】
その後、Ｓ４０では、破砕専用チャンバー１０を真空ポンプ６０ａによって、真空チャンバー２０を真空ポンプ６０ｂによって、それぞれ真空引きする。これにより、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０内部の水分を外部に排除することができる。
【０１２２】
そして、Ｓ５０では、上記の露出位置に位置決めされたアンプル１６をアンプル破砕部１８が破砕する。
【０１２３】
より詳細に説明すると、アンプル１６は、アンプル上部１６ｂに外力を付加することにより、アンプル下部１６ａとアンプル上部１６ｂとの境界部１６ｃで折れやすくなっている。そのため、アンプル破砕部１８がアンプル上部１６ｂに外力を加えることにより、アンプル下部１６ａとアンプル上部１６ｂとを境界部１６ｃで折り、これにより、アンプル１６の内部に封入されたアルカリ金属をアンプル１６の外部に露出させる。
【０１２４】
このとき、破砕専用チャンバー１０の内部は真空に保持されているため、破砕専用チャンバー１０内部に水分は殆ど存在せず、それゆえ、アンプル１６の外部に露出したアルカリ金属と破砕専用チャンバー１０内部の水分とが反応して発火する事態は回避される。
【０１２５】
次に、Ｓ６０では、ゲートバルブ３０を「開」とする。これにより、破砕専用チャンバー１０と真空チャンバー２０とが連通する。
【０１２６】
なお、Ｓ４０のステップにて、真空チャンバー２０も真空に保持されており、真空チャンバー２０内部に水分は存在しない状態である。そのため、ゲートバルブ３０が「開」となったとしても、アンプル１６の外部に露出したアルカリ金属と真空チャンバー２０内部の水分とが反応して発火する事態は回避される。
【０１２７】
続いて、Ｓ７０では、アンプル１６がコリジョンセル４０に導入される。これは、図１のＡ方向にアンプル導入部１２を押し込むことにより、アンプル１６がコリジョンセル４０に導入されるというものである。
【０１２８】
なお、アンプルホルダー１４とコリジョンセル４０との係合方法については図５により説明したため、その詳細説明は省略する。
【０１２９】
その後、Ｓ８０では、コリジョンセル４０の内部温度が温度制御機構５０によって目標温度に制御される。
【０１３０】
なお、制御温度は、アンプル１６に封入されたアルカリ金属の種類や、コリジョンセル４０にて気化されたアルカリ金属ガスの目的とするガス密度等によって相違する。ただし、液体窒素と加熱ヒータとを組み合わせて行う温度制御技術は、本分野では使用されていないものの、プラント等で利用されている技術であって、コリジョンセル４０の内部温度を目標温度の±０．５度の範囲内で制御することが可能である。
【０１３１】
以上、本発明に係るアルカリ金属導入方法を説明した。
【０１３２】
ここで、Ｓ２０〜Ｓ８０の各ステップは、手動で行ってもよいが、すべて自動化制御あされるものであってもよい。
【０１３３】
なお、実験に先立ち、２台の質量分析装置のアルカリ金属導入系および反応室内に付着している水分子を除去するために、アルカリ金属導入系および反応室を加熱（Bake Out）しておくことが好ましい。この操作により質量分析装置内部の不純物によるバックグラウンドノイズを減らすことができ、さらに、反応室内にアルカリ金属ガスが導入された時に、水分子と反応してアルカリ金属が不要に消費されることを防ぐことができるためである。
【０１３４】
〔アルカリ金属導入装置１、アルカリ金属導入方法によって得られる効果〕
以下、アルカリ金属導入装置１、およびアルカリ金属導入方法によって得られる効果を説明する。
【０１３５】
アルカリ金属導入装置１は、アルカリ金属ガスを使用する実験に供されるものであり、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０と、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０の内部を真空引きする真空ポンプ６０ａ・６０ｂと、破砕専用チャンバー１０の内部において、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を、そのアンプル１６を変形させて外部に露出させるアンプル破砕部１８と、真空チャンバー２０の内部に配設され、アンプル１６の導入が可能なコリジョンセル４０と、アルカリ金属が、変形されたアンプル１６の外部に露出する露出位置と、アンプル１６がコリジョンセル４０に導入される導入位置との間でアンプル１６を移動させるアンプル導入部１２と、を備える。
【０１３６】
また、本発明に係るアルカリ金属導入方法は、アルカリ金属ガスを使用する実験に供され、アルカリ金属を封入したアンプル１６が破砕専用チャンバー１０に配設された状態で、その破砕専用チャンバー１０を真空引きする真空ステップと、真空ステップの後に、アルカリ金属を、アンプル１６を変形させて外部に露出させる外部露出ステップと、外部露出ステップの後に、アルカリ金属が、を変形されたアンプル１６の外部に露出する露出位置と、チャンバーの内部に配設され、アンプル１６を導入可能なコリジョンセル４０にアンプル１６が導入される導入位置との間でアンプル１６を移動させる容器移動ステップと、を含むことを特徴としている。
【０１３７】
従来のアルカリ金属ガスを使用する実験において、例えばタンデム質量分析法では、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを使用する方が、希ガスを使用するよりも構造解析の精度を格段に向上させることが知られている。それにも係らず、ターゲットガスとしては希ガスの方が一般的である。これは、アルカリ金属の取り扱いの困難性に起因するものであり、アルカリ金属と空気中の水分との反応によって生じる発火や手に付着したときの火傷などが、ターゲットガスとしてのアルカリ金属の使用または普及を阻害してきた。
【０１３８】
この点、アルカリ金属導入装置１（及び、本発明に係るアルカリ金属導入方法）では、真空ポンプ６０ａ・６０ｂ（真空形成ステップ）が、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０の内部を真空引きする。そして、アンプル破砕部１８（外部露出ステップ）が、破砕専用チャンバー１０の内部において、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を、そのアンプル１６を変形させて外部に露出させる。さらに、アンプル導入部１２（容器移動ステップ）が、アルカリ金属が変形されたアンプル１６の外部に露出する露出位置と、真空チャンバー２０の内部に配設され、アンプル１６を導入可能なコリジョンセル４０にアンプル１６が導入される導入位置との間でアンプル１６を移動させる。従って、アルカリ金属導入装置１は、アルカリ金属をアンプル１６の外部に露出させた状態で、そのアンプル１６をコリジョンセル４０に導入することができる。
【０１３９】
つまり、アルカリ金属導入装置１では、アンプル破砕部１８（外部露出ステップ）が、破砕専用チャンバー１０の内部において、アンプル１６に封入されたアルカリ金属を、そのアンプル１６を変形させて外部に露出させる。このとき、破砕専用チャンバー１０の内部を真空ポンプ６０ａ（真空形成ステップ）によって真空引きしておくことにより、破砕専用チャンバー１０内部の水分をチャンバーの外部に排出しておくことができる。これにより、アルカリ金属と破砕専用チャンバー１０内部の水分とが反応することによって生ずる発火を回避することができる。
【０１４０】
さらに、アンプル１６に封入されたアルカリ金属は、破砕専用チャンバー１０の内部において、アンプル破砕部１８（外部露出ステップ）によってアンプル１６が変形されることにより外部に露出される。このため、作業者の手などにアルカリ金属が付着し、その作業者に火傷を負わすリスクも排除することができる。
【０１４１】
従って、取り扱いの困難性ゆえに敬遠されてきたアルカリ金属を安全にコリジョンセル４０に導入することができるため、アルカリ金属導入装置１を、タンデム質量分析法等のアルカリ金属ガスを使用する実験に供するという選択肢を作業者に与えることができる。そして、アルカリ金属導入装置１をタンデム質量分析法に供した場合には、希ガスに対するアルカリ金属ガスの構造解析上の優位性を最大限に享受することができる。
【０１４２】
加えて、アルカリ金属導入装置１では、アルカリ金属を封入したアンプル１６がコリジョンセル４０に直接導入される。そのため、コリジョンセル４０を、タンデム質量分析法における選択イオンとターゲットガスとが衝突する衝突室として使用した場合には、アルカリ金属は衝突室の内部に直接導入されることになる。このことは、図１２を参照して説明したパス１０４が不要となることを意味する。
【０１４３】
つまり、従来用いられているアルカリ金属導入装置１００では、アルカリ金属を一旦リザーバー１０２に導入し、そこで気化されたアルカリ金属ガスが、パス１０４を介して真空チャンバー１０６内の衝突室に導かれていた。これに対して、アルカリ金属導入装置１では、上記構成とすることにより、パスを省略することができ、装置の簡略化、コストダウンという効果を併せて奏することができる。さらに、パス１０４を省略することにより、複雑な温度制御や、アルカリ金属ガスを衝突室に導くまでの間のアルカリのロスを無くすという利点も享受することができる。
【０１４４】
さらに、アルカリ金属導入装置１では、アンプル導入部１２は、アンプル１６が導入されるコリジョンセル４０の導入口を密閉するアンプルホルダー１４を有する構成である。
【０１４５】
上記構成とすることにより、アルカリ金属導入装置１では、コリジョンセル４０の導入口は、アンプルホルダー１４によって密閉される。従って、コリジョンセル４０にアンプル１６が導入された後に、コリジョンセル４０で何らかの処理が行われたとしても、その処理による結果物がコリジョンセル４０の外部に漏洩する事態は避けられ、さらに安全性の高い装置が作業者に提供される。
【０１４６】
さらに、アルカリ金属導入装置１では、コリジョンセル４０の内部を昇温することが可能な加熱ライン５６を備える構成である。
【０１４７】
コリジョンセル４０には、アルカリ金属を封入したアンプル１６が導入される。そのアルカリ金属は、アンプル破砕部１８によってアンプル１６の外部に露出している。
【０１４８】
従って、アルカリ金属導入装置１は、コリジョンセル４０の内部を昇温することが可能な加熱ライン５６を備えることにより、アンプル１６の外部に露出したアルカリ金属を気化させることができる。
【０１４９】
それゆえ、アルカリ金属ガスを使用する実験において、例えばタンデム質量分析法では、ターゲットガスとしてアルカリ金属ガスを使用することができ、希ガスを使用するよりも構造解析の精度を格段に向上させることができる。
【０１５０】
さらに、上記構成を備えることにより、次のような効果も奏することもできる。
【０１５１】
従来のアルカリ金属導入装置１００では、衝突室に配設された加熱ヒータ１０８に加え、さらにパス１０４に配設された加熱ヒータ１０８をも用いてアルカリ金属ガスの温度調整（ガス密度の調節）を行っていた。そのため、アルカリ金属をリザーバー１０２内に安全に導入できたとしても、アルカリ金属ガスの密度を高い応答性で、しかも正確に調整することはできなかった。その結果、目標とするアルカリ金属ガスの密度になるまでに数時間を要するという事態、あるいは、調整を誤ってアルカリ金属ガスの密度が一気に高くなった場合には、アルカリ金属を大量に無駄にするという事態が頻発していた。
【０１５２】
これに対して、アルカリ金属導入装置１は、上述したように、従来のアルカリ金属導入装置１００に必要であったパス１０４が不要となり、アルカリ金属をコリジョンセル４０に直接導入することができる。そして、アルカリ金属導入装置１は、コリジョンセル４０の内部を昇温することが可能な加熱ライン５６を備える。
【０１５３】
そのため、アルカリ金属導入装置１は、コリジョンセル４０内でのアルカリ金属ガスのガス圧を、加熱ライン５６のみによって制御することができるため、格段に高い応答性で制御することができる。そして、その結果、調整を誤ってアルカリ金属を大量に無駄にするという事態も避けることができるという効果を奏する。
【０１５４】
さらに、アルカリ金属導入装置１では、コリジョンセル４０の内部を冷却することが可能な冷却ライン５４を備える構成である。
【０１５５】
従来のアルカリ金属導入装置１００では、パス１０４および衝突室に設けられた加熱ヒータ１０８は存在していたものの、昇温したガスを冷却する機構は存在しなかった。
【０１５６】
従って、調整を誤ってアルカリ金属ガスの密度が一気に高くなる事態に対して、何ら対策を講じることができず、アルカリ金属ガスが自然に冷却していくのを待つしかなかった。そして、そのことがアルカリ金属の無駄な消費につながっていた。
【０１５７】
これに対して、アルカリ金属導入装置１は、コリジョンセル４０の内部を冷却することが可能な冷却ライン５４を備える。
【０１５８】
従って、アルカリ金属導入装置１は、アルカリ金属ガスが目標温度を超えた場合には、冷却ライン５４によってアルカリ金属ガスを迅速に冷却することができる。つまり、さらに高い応答性でアルカリ金属ガスのガス圧を制御することができ、その結果、アルカリ金属の無駄な消費を抑えることができるという効果を奏する。
【０１５９】
さらに、アルカリ金属導入装置１では、加熱ライン５６は、加熱ヒータを利用してコリジョンセル４０を昇温する機構であり、冷却ライン５４は、液体窒素を利用してコリジョンセル４０を冷却する機構である。
【０１６０】
加熱ヒータおよび液体窒素を用いた温度制御は、プラント等で使用されている技術であり、目標設定温度から±０．５度以内の範囲での高速制御が可能である。
【０１６１】
そこで、その技術を本分野に適用することにより、コリジョンセル４０内でのアルカリ金属ガスのガス圧を高速制御することができる。つまり、加熱ヒータを利用した加熱ライン５６および液体窒素を利用した冷却ライン５４を利用することにより、目標設定温度から±０．５度以内の範囲での高速制御が可能となり、いわば「熱による高速スイッチ」を実現することができる。そして、その「高速スイッチ」のスイッチング動作により、ガス量を緻密に制御でき、アルカリ金属をパルス的に消費するといった態様、すなわち、アルカリ金属の消費量を最適に制御することができるという効果を奏する。
〔実施例〕
以下、図９、図１０により、アルカリ金属導入装置１の実施例、及び得られる効果を説明する。
【０１６２】
図９は、アルカリ金属ガスをターゲットガスとしたときのアンジオテンシンＩＩの構造解析結果を示すグラフである。なお、横軸は質量電荷比（m/z）を、縦軸はピーク強度（ａ．u．）を示す。また、使用したアルカリ金属はセシウムであった。
【０１６３】
本実施例では、アンジオテンシンＩＩ（アミノ酸配列：Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe）という標準生体サンプルを用いて、アルカリ金属導入装置１による性能評価を行った。なお、アルカリ金属導入装置１の動作は、図８を参照して説明した方法に基づくものである。
【０１６４】
実験の結果、破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０内部に真空状態を形成することができ、アルカリ金属と破砕専用チャンバー１０および真空チャンバー２０内部の水分との反応に起因する発火は発生しなかった。また、コリジョンセル４０にアルカリ金属を問題なく導入することができた。
【０１６５】
アルカリ金属がコリジョンセル４０に導入された後、コリジョンセル４０内の目標温度を１３０度に設定し、加熱ライン５６および冷却ライン５４を用いて温度制御を行なった。その結果、目標の温度（１３０度）に僅か数分で達し、温度の安定度も±０．５度以内であった。
【０１６６】
図９は、そのときのアンジオテンシンＩＩの構造解析結果を示すグラフであり、アンジオテンシンII のイオンをアルカリ金属ガス（ターゲットガス）に衝突させて、構造解析を試みた結果を示すグラフである。
【０１６７】
同図に示すように、ターゲットガスとの衝突によって生じたフラグメントイオンが観測され、それらのピーク間からアミノ酸配列を決定することができた。また、温度の安定度も±０．５度以内と一定に保持されていたことから、安定してデータを取得することができた。
【０１６８】
その後、加熱ライン５６の加熱ヒータをＯＦＦにし、冷却ライン５４の液体窒素ラインだけをＯＮにすると、コリジョンセル４０内部の温度はものの数分で１００度以下まで低下し、それによりアルカリ金属の気化を止めることができた。その結果が図１０に示されている。図１０は、加熱ヒータをＯＮおよびＯＦＦしたときの、プリカーサーイオンの強度変化を示すグラフである。なお、横軸は飛行時間（us）を、縦軸はピーク強度（ａ．u．）を示す。
【０１６９】
同図から分かるように、加熱ヒータをＯＦＦにすることにより、アルカリ金属ガスのピーク強度は急激に低下する。また、コリジョンセル４０内の温度制御は迅速に行われる。従って、ヒータＯＮ／ＯＦＦにより、アルカリ金属の消費の無駄を最小限に抑えることができる。なお、本実施例には記載していないものの、加熱ヒータのＯＮ／ＯＦＦのみならず、液体窒素ラインのＯＮ／ＯＦＦによっても同様の効果が得られる。
【０１７０】
このように、本実施例は、加熱ヒータおよび液体窒素を用いた温度制御を行うものであり、この技術は、プラント等で使用され、目標設定温度から±０．５度以内の範囲での高速制御が可能である。
【０１７１】
それゆえ、冷却ライン５４および加熱ライン５６のＯＮ／ＯＦＦ制御により、コリジョンセル４０内でのアルカリ金属ガスのガス圧を高速制御することができ、いわば「熱による高速スイッチ」を実現することができる。そして、その「高速スイッチ」のスイッチング動作により、ガス量を緻密に制御でき、アルカリ金属をパルス的に消費するといった態様も実現される。その結果、アルカリ金属の消費の無駄を最小限に抑えることができる。
〔その他（カートリッジ化等）〕
上記では、アンプル１６は、市販されているものであってよく、図３により説明した形状や特徴を有するものとして説明した。
【０１７２】
しかしながら、アンプル破砕部１８がアンプル１６を破砕する態様・程度によっては、アンプル１６に封入されたアルカリ金属が破砕専用チャンバー１０内にこぼれ落ちることも有りうる。その場合、破砕専用チャンバー１０がアルカリ金属によって腐食したり、破砕専用チャンバー１０の内部に水酸化物が析出し、汚れが蓄積するといった事態も想定される。
【０１７３】
この点、アンプル１６が着脱自在の蓋を有するカートリッジ等で構成されていれば、アンプル破砕部１８と同様の機能、つまり、当該カートリッジに封入されたアルカリ金属を、そのカートリッジの外部に露出させる機能を有する蓋開閉部（外部露出部）によって上記蓋を開けることができ、それにより、アルカリ金属が破砕専用チャンバー１０内にこぼれ落ちるといった問題は解決される。
【０１７４】
それゆえ、カートリッジ化されたアルカリ金属が将来的に市販されることがあっても、アルカリ金属導入装置１を好適に適用することができる。
【０１７５】
さらに、アンプル１６がカートリッジ化され、あるいは、図８を参照して説明したＳ２０〜Ｓ８０の各ステップが自動制御されるような場合には、作業者が熟練していなくとも、アルカリ金属導入装置１を安全に使用することができる。このことは、アルカリ金属の取り扱いの困難性ゆえに熟練者のみに作業者が制限されていた従来のアルカリ金属導入装置１００と対照をなすものであり、ターゲットガスとしてのアルカリ金属ガスの使用を普及させる上で、大いに役立つものである。
【０１７６】
このように、アルカリ金属導入装置１は、従来のアルカリ金属導入装置１００に比べて、格段に改善された利用性の高さを有すると言える。
【０１７７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、ユーザビリティーに優れたアルカリ金属導入装置、及びアルカリ金属導入方法に関し、特に、タンパク質やペプチドなどの生体高分子を分析する質量分析装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１７９】
１    アルカリ金属導入装置
１０    破砕専用チャンバー（チャンバー）
１２    アンプル導入部（容器移動部）
１３    導入軸（容器移動部）
１４    アンプルホルダー（容器密閉部）
１６    アンプル（封入容器）
１６ａ  アンプル下部（封入容器）
１６ｂ  アンプル上部（封入容器）
１６ｃ  境界部（封入容器）
１８    アンプル破砕部（外部露出部）
２０    真空チャンバー（チャンバー）
３０    ゲートバルブ
４０    コリジョンセル（容器導入室）
５０    温度制御機構
５２    液体窒素容器
５４    冷却ライン（冷却機構）
５６    加熱ライン（昇温機構）
６０ａ・６０ｂ  真空ポンプ（真空形成部）
７０    位置調節装置
８０ａ・８０ｂ  ストッパー
８２    保護用キャップ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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